Gostaríamos de agradecer Cérebro Products GmbH para fornecer seus equipamentos, experiência e ajuda. Este estudo foi financiado pelo Ministério Federal da Economia e Tecnologia através de uma doação da Agência Espacial Alemã (DLR) 50WB0819.

1. Procedimento Experimental <ol><li> Sobre a preparação do terreno pré-vôo - A preparação assunto é feito em uma sala separada no aeroporto. (1-2 horas antes do vôo) <ol><li> Montagem da tampa / NIRS EEG <ol><li> Eletrodos e sensores NIR são afixados ao couro cabeludo usando um boné EEG. Este método garante a posição correta dos sensores. </li><li> O tamanho da tampa é determinada pelo tamanho da cabeça do sujeito </li><li> O operador faz a certeza da posição correta do cap. O eletrodo Cz está no vértice (a meio caminho entre o ponto násio e cebola), o PO9-PO10 e os eletrodos Fp1-Fp2 são horizontais, a tampa é simétrica. </li><li> O eletrodo freqüência cardíaca é colocado sobre o peito </li></ol></li><li> Minimização de Impedância <ol><li> Produtos do Cérebro actiCAP eletrodos são conectados à caixa de controle. </li><li> Cada eletrodo contém LEDs, que ficam vermelhos, quando a medição da impedância é iniciado. </li><li> O cabelo é afastado da ponta do eletrodo com uma agulha de ponta romba. </li><li> Gel é injetado entre a ponta do eletrodo ea superfície da pele. </li><li> A cor da mudança LEDs, com a diminuição da impedância. A cor vermelha inicial torna-se amarelo, o amarelo fica verde, se o valor da impedância meta seja alcançada. </li><li> A impedância alvo é de 25 kOhm, uma vez que os eletrodos ativos que fornecem ração de sinal-ruído boa abaixo desse valor. Portanto, a preparação cap é rápido e conveniente. </li><li> O operador começa a trabalhar sobre os eletrodos de referência e terra, e repete para todos os outros eletrodos. </li></ol></li></ol></li><li> A bordo de preparação pré-vôo <ol><li> Pré-medidas <ol><li> Assuntos são colocados na configuração experimental, os cintos de segurança são fixados livremente </li><li> Cabos estão conectados, as baterias são carregadas. </li><li> O operador inicia o módulo de EEG e NIRS, controla a conectividade ea qualidade do sinal / NIRS EEG. </li><li> Gravação de descanso estado EEG / NIRS. Os indivíduos não têm qualquer tarefa. </li><li> A gravação é interrompida. </li><li> Os sujeitos executar a tarefa cognitiva no chão. A tarefa cognitiva é uma tarefa de atenção / cálculo ( <a href="http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8">http://itunes.apple.com/us/app/chalkboard-challenge/id317961833?mt=8</a> ), onde os sujeitos têm para identificar esse lado de uma equação que é maior do que o outros em relação à velocidade e precisão. </li></ol></li><li> Guardar o equipamento <ol><li> O operador de lojas a câmera e os iPhones para decolar. </li></ol></li></ol></li><li> Na medição de vôo <ol><li> Preparação <ol><li> Operador monta o vídeo da câmera para corrimão e inicia a gravação. </li><li> Os iPhones são colocados na coxa dos sujeitos. </li><li> O operador inicia o módulo de EEG e NIRS, controla a qualidade do sinal / NIRS EEG, e inicia a gravação. </li></ol></li><li> Medição <ol><li> Os sujeitos executar a tarefa cognitiva durante dois blocos de cinco parábolas entre parábola 11-15 e 16-20. Tarefa será realizada em uma ordem aleatória na ausência de gravidade ou gravidade normal. Apenas descansando estado EEG / NIRS é gravado durante os primeiros 10 parábolas. As parábolas última será usada em caso de falta medições anteriores (ver Figura 1). </li><li> O operador controla a gravação, e instrui os indivíduos. O operador irá anotar todos os resultados dos testes cognitivos e tempos. </li></ol></li></ol></li><li> Na medição do solo pós-vôo <ol><ol><li> Descansando estado de medição EEG / NIRS é realizada. </li></ol></ol></li></ol> Esperamos encontrar maior ativação cerebral durante a ausência de peso como mostrado antes (Schneider et. Al 2008 + 2009). Nós ainda esperamos para ver aumento do tecido oxigenado no cérebro frontal na ausência de gravidade e menor o tecido oxigenado em hipergravidade. A tarefa de atenção é suposto ser prejudicada durante todo o vôo em comparação com pré e pós-vôo e talvez ainda mais na ausência de gravidade, devido à maior ativação central e excitação na ausência de gravidade. 2. Resultados representante Mapeamento da transição da fase hipergravidade à microgravidade fomos capazes de observar a atividade cerebral aumentada cortical no córtex frontal e diminuição da atividade no córtex temporal e occipital 2000 - 2350 ms após o início da ausência de gravidade (Figura 2a, b). sLORETA permitiu localizar essa ativação aumentada frontal na área de Brodmann 9 do córtex pré-frontal dorsolateral, que é conhecida por estar envolvida em funções executivas, com a integração da informação sensorial e mnemônico no curso de planejamento motor, organização e regulação, (Figura 3a, b). Além disso, sujeito 2 apresentou um aumento na área de Brodmann 6, o córtex pré-motor, que desempenha um papel importante na orientação sensorial no curso da estabilização do corpo (veja a Figura 3b). Segundo a média dos primeiros 10 parábolas, análise NIRS revelou diminuição da concentração de hemoglobina oxigenada (HHB) de ambos os temas em hipergravidade bem como o aumento de hemoglobina oxigenada (O2Hb) na ausência de gravidade. Para a hemoglobina HHB em um assunto que nós encontramos uma tendência de aumento na fase hipergravidade antes de gravidade, bem como uma diminuição durante a fase de leveza e hipergravidade após gravidade. Neste O2Hb assunto estava de volta à linha de base 10-15 seg após a parábola. Em contraste sujeito 2 apresentou um ligeiro aumento com a diminuição da O2Hb na fase hipergravidade antes de ausência de gravidade, um aumento durante a leveza e uma diminuição durante hipergravidade após ausência de peso. Para este O2Hb assunto ficou para ser diminuído para cerca de 30 seg seguinte parábola (Figura 4a, b) A tarefa cognitiva resultou em pontuações de desempenho diminuiu para ambos os participantes na gravidade normal durante o vôo em comparação com uma sessão de pré-vôo. Apenas 2 sujeitos apresentaram um escore diminuiu em weightlessnes (Figura 5). <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Seqüência de vôo parabólico. Ordem das tarefas e medidas durante o vôo, número de parábolas são indicados em cinza, números com apóstrofo indicar a duração das pausas maiores entre parábolas. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2a.jpg" alt="Figura 2a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig2b.jpg" alt="Figura 2b" /> Figura 2 ver Mapeamento de dois sujeitos sobre o prazo de 500 ms antes de ausência de peso (em hipergravidade) até 2500 ms na ausência de gravidade. Visão é de cima da cabeça; pequenos círculos indicam as posições do eletrodo, diminui a cor azul e amarelo para a cor vermelha aumenta de atividade electrocortical em micro Volt. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3a.jpg" alt="Figura 3a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig3b.jpg" alt="Figura 3b" /> Figura 3 Três vistas LORETA. (Top: a partir de cima, no canto inferior esquerdo: do lado esquerdo direito, inferior: na parte de trás) de dois temas sobre o calendário de 2000 até 2350 ms ms após o início da ausência de gravidade. Cor vermelha indica aumento da atividade cerebral. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4a.jpg" alt="Figura 4a" /> <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig4b.jpg" alt="Figura 4b" /> Figura 4 traços NIRS (vermelho: hemoglobina oxigenada, azul: hemoglobina desoxigenada, preto: nível de gravidade). Durante o período de uma parábola de 40 seg antes da parábola em gravidade normal (1G: área amarela), durante a fase hipergravidade primeiro (1,8 G: área azul), leveza (0G: área vermelha) ea fase hipergravidade segundo (1,8 g: área azul) até 40 segundos após a parábola. Nível de gravidade é exibido inversa (redução de traço significa aumento de gravidade a partir de 0 igual a gravidade normal (1G). Os dados apresentados são uma média mais de 10 parábolas. <img src="/files/ftp_upload/2670/2670fig5.jpg" alt="Figura 5" /> Figura 5. Pontuação de desempenho da tarefa cognitiva do participante 1 (azul de rastreamento) e 2 (vermelho trace) para a formação medições antes do vôo e de bordo na ausência de gravidade (0G) e da gravidade normal (1G).

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	<li>Santo, N. G. D. e., Cirillo, M., Kirsch, K. A., Correale, G., Drummer, C., Frassl, W., Perna, A. F., Stazio, E. D. i., Bellini, L., Gunga, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anemia+and+erythropoietin+in+space+flights.">Anemia and erythropoietin in space flights.</a> Semin Nephrol. 25, 379-387 (2005).</li><li>Ellis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collisions+in+space.">Collisions in space.</a> , 4-9 (2000).</li><li>Genik, R. J. 2. n. d., Green, C. C., Graydon, F. X., Armstrong, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+avionics+and+watching+spaceflight+crews+think:+generation-after-next+research+tools+in+functional+neuroimaging.+Aviat+Space+Environ+Med+76.">Cognitive avionics and watching spaceflight crews think: generation-after-next research tools in functional neuroimaging. Aviat Space Environ Med 76.</a> , 208-212 (2005).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Carnahan, H., Dubrowski, A., Askew, C. D., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+happens+to+the+brain+in+weightlessness?+A+first+approach+by+EEG+tomography.">What happens to the brain in weightlessness? A first approach by EEG tomography.</a> Neuroimage. 42, 1316-1323 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Mierau, A., Carnahan, H., Dubrowski, A., Strueder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+brain+cortical+activity+during+parabolic+flights+has+no+influence+on+a+motor+tracking+task.">Increased brain cortical activity during parabolic flights has no influence on a motor tracking task.</a> Exp Brain Res. 185, 571-579 (2008).</li><li>Schneider, S., Brummer, V., Gobel, S., Carnahan, H., Dubrowski, A., Struder, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parabolic+flight+experience+is+related+to+increased+release+of+stress+hormones.">Parabolic flight experience is related to increased release of stress hormones.</a> Eur J Appl Physiol. 100, 301-308 (2007).</li></ol>

A produção deste artigo foi patrocinado por Produtos Brain, GmbH. Roland Csuhaj é um empregado de Produtos Brain, GmbH, que fabrica um instrumento utilizado neste artigo.

Devido à falta de métodos de imagens cerebrais em condições extremas, até agora os processos subjacentes neurofisiológica para prejuízo no desempenho cognitivo e estado mental não foram avaliadas. Neste trabalho, foram capazes de mostrar alterações na atividade cerebral cortical eo nível de oxigenação no decorrer de um voo parabólico e para localizar essas mudanças dentro do cérebro usando EEG combinado com LORETA e NIRS. Como esperado, encontramos um aumento na atividade electrocortical durante gravidade, que foi localizada em regiões frontais do cérebro (áreas de Brodmann 9 +6). Os resultados indicam que cerca de 2000 ms após a atividade cerebral de transição cortical é alterada principalmente em regiões frontais do cérebro. Pode-se supor que este aumento de atividade em área de Brodmann 6 e 9 reflete os mecanismos do cérebro detecção e processamento de condições de gravidade alterado, a fim de manter a estabilidade do corpo bem como a capacidade do motor em condições de gravidade alterado. Sobre alterações hemodinâmicas, NIRS revelou que o O2Hb frontal do cérebro diminui drasticamente na fase hipergravidade primeiro e aumenta na ausência de gravidade, enquanto que, HHB mostrou apenas mudanças moderadas. Consequentemente, este efeito não pode ser atribuída a uma mudança de volume de sangue apenas. Mais provavelmente, isso parece refletir uma espécie de auto-regulação cerebral, especialmente como o aumento da O2Hb ocorre muito antes da transição do 1,8 G para 0G (especialmente na figura 4). Em contraste O2Hb e HHB ambos diminuem na fase hipergravidade segundo. Os resultados da tarefa cognitiva indicam nenhum comprometimento claro durante a gravidade normal ou ausência de peso a bordo em comparação com uma sessão de pré-vôo. Com base nos resultados de dois sujeitos sem declaração clara é possível se os voos parabólicos ou ausência de peso, juntamente com seu aumento na atividade cerebral e nível de oxigenação ter uma influência no desempenho cognitivo. Estudos anteriores dão razão para acreditar que, neste contexto, o stress pode também desempenhar um papel (Schneider et al. 2007), no entanto, nenhuma alteração na concentração de cortisol podem ser obtidos por ambos os assuntos. Mais dados são necessários para validar esses resultados e para permitir correlação de mudanças na atividade cerebral cortical, alterações hemodinâmicas, bem como o desempenho cognitivo. Este trabalho pretende mostrar que o monitoramento de mudanças locais na atividade cerebral cortical e nível de oxigenação durante as diferentes fases de gravidade mudou é possível usando EEG em combinação com NIRS e Loreta. Estes resultados são um sucesso para a investigação espacial e permitirá apresentar mudanças complexas e locais de atividade cerebral cortical em hipergravidade ou leveza e correlacionando teste mental ou motora, com mudanças objetivas no cérebro. O próximo passo é aplicar este método durante as missões espaciais de longo prazo.

coherence between brain cortical function and neurocognitive performance during changed gravity conditions

Processos de estudos anteriores de cognitiva, mental e / ou motor durante a curto, ausência de peso médio e longo prazo foram apenas de natureza descritiva, e incidiu sobre os aspectos psicológicos. Até agora, a observação objetiva dos parâmetros neurofisiológicos não foi realizada - sem dúvida porque os meios técnicos e metodológicos não foram disponíveis -, as investigações sobre os efeitos neurofisiológicos da ausência de peso estão em sua infância (Schneider et al 2008).. Embora as técnicas de imagem, como tomografia por emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética (MRI) dificilmente seria aplicável no espaço, a não-invasivo espectroscopia no infravermelho próximo técnica (NIRS) representa um método de mapeamento de processos de hemodinâmica do cérebro em tempo real que seja relativamente barato e que pode ser utilizado mesmo em condições extremas. A combinação com a eletroencefalografia (EEG) abre a possibilidade de seguir os processos electrocortical sob mudanças nas condições de gravidade com uma resolução mais fina temporal, assim como com o mais profundo de localização, por exemplo, com electrotomography (LORETA). Estudos anteriores mostraram um aumento da atividade beta freqüência em condições de gravidade normal e uma diminuição em condições de gravidade durante um vôo parabólico (Schneider et al. 2008a + b). Tilt estudos revelaram mudanças diferentes na função cerebral, que permitem sugerir, que as mudanças no vôo parabólico pode refletir processos emocionais, em vez de alterações hemodinâmicas. No entanto, ainda não está claro se esses são os efeitos de gravidade alterado ou alterações hemodinâmicas dentro do cérebro. Combinando EEG / LORETA NIRS e deve, pela primeira vez tornar possível mapear o efeito de leveza e gravidade reduzida em ambos os processos hemodinâmicos e eletrofisiológicos no cérebro. Inicialmente, este deve ser feito como parte de um estudo de viabilidade, durante um voo parabólico. Depois, é também planejou usar ambas as técnicas durante o vôo espacial de médio e longo prazo. Pode-se supor que a redistribuição de longo prazo do volume de sangue eo aumento associado no fornecimento de oxigênio para o cérebro, levando a mudanças no sistema nervoso central que também são responsáveis ​​por processos anêmicos, e que por sua vez pode reduzir o desempenho (De Santo et al. 2005), o que significa que eles podem ser decisivos para o sucesso ea segurança de uma missão (Genik et al. 2005, Ellis 2000). Dependendo desses resultados, será necessário desenvolver e empregar contramedidas extensiva. Os resultados iniciais para o estudo MARS500 sugerem que, para além da sua importância no contexto dos sistemas cardiovascular e locomotor, desporto ea actividade física pode desempenhar um papel na melhora de parâmetros cognitivos. Antes que este pode ser plenamente estabelecida, no entanto, parece ser necessário para aprender mais sobre a influência das mudanças nas condições de gravidade sobre os processos neurofisiológicos e comprometimento neurocognitivos associados.

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Coherence between Brain Cortical Function and Neurocognitive Performance during Changed Gravity Conditions

O efeito de leveza e hipergravidade em ambos os processos hemodinâmicos e eletrofisiológicos no cérebro vai ser seguido durante o vôo parabólico por técnicas de EEG e NIRS. Um estudo de viabilidade de um experimento mais complexo, que está prevista a realização de, durante o vôo espacial de médio e longo prazo.

Coerência entre a função cerebral cortical e Desempenho neurocognitiva durante condições de gravidade mudou

Previous studies of cognitive, mental and/or motor processes during short-, medium- and long-term weightlessness have only been descriptive in nature, and ...

coherence-between-brain-cortical-function-neurocognitive-performance

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.4K visualizações.  German Sport University Cologne. O efeito de leveza e hipergravidade em ambos os processos hemodinâmicos e eletrofisiológicos no cérebro vai ser seguido durante o vôo parabólico por técnicas de EEG e NIRS. Um estudo de viabilidade de um experimento mais complexo, que está prevista a realização de, durante o vôo espacial de médio e longo prazo.

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Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Mapeamento Dynamics cortical MEG simultâneas / EEG e anatomicamente constrangido mínima norma-Estimativas: um exemplo Atenção Auditiva

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Neurociência

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT has been used extensively in ophthalmology, dermatology, and gastroenterology1-3. Using a thinned-skull cortical window (TSCW), we employ spectral-domain OCT (SD-OCT) modality as a tool to image the cortex in vivo. Commonly, an opened-skull has been used for neuro-imaging as it provides more versatility, however, a TSCW approach is less invasive and is an effective mean for long term imaging in neuropathology studies. Here, we present a method of creating a TSCW in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Thinned-skull Cortical Window Technique for In Vivo Optical Coherence Tomography Imaging

We present a method of creating a thinned-skull cortical window (TSCW) in a mouse model for in vivo OCT imaging of the cerebral cortex.

Diluído crânio-técnica de janela cortical para<em&gt; Em Vivo</em&gt; Tomografia de coerência óptica

Optical coherence tomography (OCT) is a biomedical imaging technique  with high spatial-temporal resolution. With its minimally invasive approach OCT  has ...

Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive functions including decision making, sensory-guided behavior or memory. To understand how such intricate neuronal networks perform such tasks, a crucial step is to determine the function (or electrical activity) of individual cell types within the network, preferentially when the animal is performing a relevant cognitive task. Additionally, it is equally important to determine the anatomical structure of the network and the morphological architecture of the individual neurons to allow reverse engineering the cortical network. Technical breakthroughs available today allow recording cellular activity in awake, behaving animals with the valuable option of post&#160;hoc identifying the recorded neurons. Here, we demonstrate the juxtasomal biocytin labeling technique, which involves recording action potential spiking in the extracellular (or loose-patch) configuration using conventional patch pipettes. The juxtasomal recording configuration is relatively stable and applicable across behavioral conditions, including anesthetized, sedated, awake head-fixed, and even in the freely moving animal. Thus, this method allows linking cell-type specific action potential spiking during animal behavior to reconstruction of the individual neurons and ultimately, the entire cortical microcircuit. In this video manuscript, we show how individual neurons in the juxtasomal configuration can be labeled with biocytin in the urethane-anaesthetized rat for post&#160;hoc identification and morphological reconstruction.

To understand the structure of neuronal networks, functional and morphological characterization of individual neurons is a necessity. Here, we demonstrate juxtasomal biocytin labeling, which allows electrophysiological recordings in the extracellular configuration, yet maintaining the ability to intracellularly label the neuron for post&#160;hoc reconstruction of dendritic and axonal architecture.

Juxtasomal biocitina Labeling para estudar a função Estrutura de Relacionamento Individual neurônios corticais

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive ...

Subtype-selective Electroporation of Cortical Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression of genes of interest to specific neuronal subtypes has proven remarkably challenging due to the relative scarcity of specific promoter elements. GABAergic interneurons constitute a neuronal population with extensive genetic and morphological diversity. Indeed, more than 11 different subtypes of GABAergic interneurons have been characterized in the mouse cortex1. Here we present an adapted protocol for selective targeting of GABAergic populations. We achieved subtype selective targeting of GABAergic interneurons by using the enhancer element of the homeobox transcription factors Dlx5 and Dlx6, homologues of the Drosophila distal-less (Dll) gene2,3, to drive the expression of specific genes through in utero electroporation.

This procedure shows how to target interneurons in the developing mouse forebrain by means of in utero electroporation. This technique was particularly efficient to achieve selective gene expression in interneuron subtypes destined to the superficial layers of the cortex.

Subtipo seletivo Eletroporação de Cortical Interneurônios

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal cord of the majority of these fiber systems have not been thoroughly investigated in any species. Serotonergic fibers, which project to the spinal cord, have been studied in rats and opossums on histological sections and their functional significance has been deduced based on their fiber termination pattern in the spinal cord. With the development of CLARITY and CUBIC techniques, it is possible to investigate this fiber system and its distribution in the spinal cord, which is likely to reveal previously unknown features of serotonergic supraspinal pathways. Here, we provide a detailed protocol for imaging the serotonergic fibers in the mouse spinal cord using the combined CLARITY and CUBIC techniques. The method involves perfusion of a mouse with a hydrogel solution and clarification of the tissue with a combination of clearing reagents. Spinal cord tissue was cleared in just under two weeks, and the subsequent immunofluorescent staining against serotonin was completed in less than ten days. With a multi-photon fluorescent microscope, the tissue was scanned and a 3D image was reconstructed using Osirix software.

Supraspinal projections are important for pain perception and other behaviors, and serotonergic fibers are one of these fiber systems. The present study focused on the application of the combined CLARITY/CUBIC protocol to the mouse spinal cord in order to investigate the termination of these serotonergic fibers.

Imagiologia Fibras Serotoninérgicos na medula espinhal mouse usando o CLARIDADE / Técnica CUBIC

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Estudando a função cerebral em crianças usando magnetoencefalografia

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent development of thin, flexible ECoG electrodes has enabled conduction of stable recordings of large-scale cortical activity. We have developed a whole-cortical ECoG array for the common marmoset. The array continuously covers almost the entire lateral surface of cortical hemisphere, from the occipital pole to the temporal and frontal poles, and it captures whole-cortical neural activity in one shot. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain. Marmosets have two advantages regarding ECoG recordings, one being the homologous organization of anatomical structures in humans and macaques, including frontal, parietal, and temporal complexes. The other advantage is that the marmoset brain is lissencephalic and contains a large number of complexes, which are more difficult to access in macaques with ECoG, that are exposed to the brain surface.These features allow direct access to most cortical areas beneath the surface of the brain. This system provides an opportunity to investigate global cortical information processing with high resolutions at a sub-millisecond order in time and millimeter order in space.

We have developed a whole-cortical electrocorticographic array for the common marmoset that continuously covers almost the entire lateral surface of cortex, from the occipital pole to the temporal and frontal poles. This protocol describes a chronic implantation procedure of the array in the epidural space of the marmoset brain.

Crônica implantação de matriz Electrocorticographic todo-cortical no sagui comum

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Flow Cytometric Analysis of Multiple Mitochondrial Parameters in Human Induced Pluripotent Stem Cells and Their Neural and Glial Derivatives

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential (MMP), mitochondrial production of reactive oxygen species (ROS), and mitochondrial DNA (mtDNA) copy number are often features of these processes. This report details a novel flow cytometry-based approach to measure multiple mitochondrial parameters in different cell types, including human induced pluripotent stem cells (iPSCs) and iPSC-derived neural and glial cells. This flow-based strategy uses live cells to measure mitochondrial volume, MMP, and ROS levels, as well as fixed cells to estimate components of the mitochondrial respiratory chain (MRC) and mtDNA-associated proteins such as mitochondrial transcription factor A (TFAM). 
By co-staining with fluorescent reporters, including MitoTracker Green (MTG), tetramethylrhodamine ethyl ester (TMRE), and MitoSox Red, changes in mitochondrial volume, MMP, and mitochondrial ROS can be quantified and related to mitochondrial content. Double staining with antibodies against MRC complex subunits and translocase of outer mitochondrial membrane 20 (TOMM20) permits the assessment of MRC subunit expression. As the amount of TFAM is proportional to mtDNA copy number, the measurement of TFAM per TOMM20 gives an indirect measurement of mtDNA per mitochondrial volume. The entire protocol can be carried out within 2-3 h. Importantly, these protocols allow the measurement of mitochondrial parameters, both at the total level and the specific level per mitochondrial volume, using flow cytometry.

This study reports a novel approach to measure multiple mitochondrial functional parameters based on flow cytometry and double staining with two fluorescent reporters or antibodies to detect changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential, reactive oxygen species level, mitochondrial respiratory chain composition, and mitochondrial DNA.

Análise citométrica de fluxo de múltiplos parâmetros mitocondriais em células-tronco pluripotentes induzidas por humanos e seus derivados neurais e gliais

Mitochondria are important in the pathophysiology of many neurodegenerative diseases. Changes in mitochondrial volume, mitochondrial membrane potential ...

Investigation of Spatial Interaction Between Astrocytes and Neurons in Cleared Brains

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain cells and their interactions. Viral vector transduction enables the marking of diverse cell types in different fluorescence colors within the same tissue. Cells can be identified genetically by activity or projection. Using a modified CLARITY protocol, the potential sample size of astrocytes and neurons has grown by 2-3 orders of magnitude. The use of CLARITY allows the imaging of complete astrocytes, which are too large to fit in their entirety in slices, and the examination of the somata with all their processes. In addition, it provides the opportunity to investigate the spatial interaction between astrocytes and different neuronal cell types, namely, the number of pyramidal neurons in each astrocytic domain or the proximity between astrocytes and specific inhibitory neuron populations. This paper describes, in detail, how these methods are to be applied.

Combining viral vector transduction and brain clearing using the CLARITY method allows the investigation of a large number of neurons and astrocytes simultaneously.

Investigação da interação espacial entre astrócitos e neurônios em cérebros limpos

Combining viral vector transduction and tissue clearing using the CLARITY method makes it possible to simultaneously investigate several types of brain ...

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and large-scale genomic and drug screening. Due to the self-organizing nature of cells in brain organoids and the growing range of available protocols for their generation, issues with heterogeneity and variability between organoids have been identified. In this protocol paper, we describe a robust and replicable protocol that largely overcomes these issues and generates cortical organoids from neuroectodermal progenitors within 1 month, and that can be maintained for more than 1 year. This highly reproducible protocol can be easily carried out in a standard tissue culture room and results in organoids with a rich diversity of cell types typically found in the developing human cortex. Despite their early developmental make-up, neurons and other human brain cell types will start to exhibit the typical signs of senescence in neuronal cells after prolonged in vitro culture, making them a valuable and useful platform for studying aging-related neuronal processes. This protocol also outlines a method for detecting such senescent cells in cortical brain organoids using senescence-associated beta-galactosidase staining.

Robust and Highly Reproducible Generation of Cortical Brain Organoids for Modelling Brain Neuronal Senescence In Vitro

In this study, we provide a detailed technique for a simple yet robust cortical organoid culture system using standard feeder-free hPSC cultures. This is a rapid, efficient, and reproducible protocol for generating organoids that model aspects of brain senescence in vitro.

Geração robusta e altamente reprodutível de organoides cerebrais corticais para modelar senescência neuronal cerebral in vitro

Brain organoids are three-dimensional models of the developing human brain and provide a compelling, cutting-edge platform for disease modeling and ...